7 Теплові процеси

В основі теплових процесів лежить теплопередача від більш нагрітого до менш нагрітого тіла. Речовини, які беруть участь у передачі теплоти називаються теплоносіями. Теплоносії, які мають вищу температуру за середовище, яке нагрівається і які віддають теплоту, називаються гарячими або нагріваючими агентами. Теплоносії з нижчою температурою ніж середовище від якого вони приймають теплоту називаються холодними теплоносіями або охолоджуючими агентами. В якості гарячих теплоносіїв найбільш розповсюджені: водяна пара, гаряча вода, димові гази, продукти переробки нафти, висококиплячі органічні речовини, а саме гліцерин, етиленгліколь, дифеніл і розплавлені солі. В якості холодних теплоносіїв для охолодження до звичайних температур (10 - 30) ºС використовують воду і повітря. Для охолодження до від’ємних температур використовується рідкий аміак, зріджені етан-пропан і вуглекислий газ.

7.1 Теплообмінні апарати

Теплообмінні апарати – це пристрої, призначені для передачі теплоти відоднієї речовини до іншої. Теплообмінні апарати широко використовуються на підприємствах нафтогазової, нафтопереробної, нафтохімічної промисловості, а також в енергетиці та металургії. Існує декілька класифікацій теплообмінних апаратів.

Залежно від способу передачі теплоти апарати поділяю-ться на: змішувальні (контактні) та поверхневі. У змішуваль-них апаратах теплообмін здійснюється шляхом безпосеред-нього контакту і перемішування холодного та гарячого тепло-носіїв. Прикладом таких апаратів є скрубери, барометричні коденсатори, в яких проходить взаємодія між рідкою і газо-подібною фазами. У поверхневих теплообмінниках теплообмін відбувається з участю поверхні твердого тіла, яке є проміжним теплоносієм.

Поверхневі теплообмінні апарати поділяються на регене-ративні і рекуперативні. В регенеративних теплообмінниках теплота гарячих газів акумулюється теплоємною насадкою (металевими кульками, керамічною сипучою масою, цеглою), а пізніше передається холодному теплоносію, який продуває-ться через гарячу насадку. Прикладом такого апарату є регене-ративний повітронагрівник, який складається із пакетів з тонких гофрованих листів, що утворюють продольні канали.

У рекуперативних апаратах теплота передається від гарячого до холодного теплоносія через відокремлюючу їх стінку при одночасному їх протіканні. До них відносяться теплообмінні апарати для нагрівання нафти, котли-утиліза-тори, де одержують водяну пару та регенератори холоду.

За призначенням теплообмінні апарати поділяють на чотири групи:

• теплообмінники, в яких один потік нагрівається за рахунок теплоти іншого;

• нагрівники, випарники, кип’ятильники, в яких нагріван-ня і часткове випаровування здійснюється за рахунок викорис-тання спеціальних високотемпературних теплоносіїв (водяної пари і потоків нафтопродуктів). У цих апаратах нагрівання або часткове випаровування одного теплоносія є цілевим проце-сом, а охлодження або часткове охолодження іншого теплоно-сія є побічним і обумовлюється необхідністю нагрівання вихідного холодного потоку;

• холодильники і конденсатори, які служать для охоло-дження рідкого потоку або конденсації парів з використанням спеціального охолоджуючого агента (вода, повітря, рідкий аміак, зріджений пропан). Охолодження і конденсація в цих апаратах є цілевим процесом, а нагрівання охолоджуючого агенту побічним;

• кристалізатори, в них проходить охолодження відповід-них рідких потоків, яке супроводжується виділенням кристалів речовини.

За конструктивним виконанням поверхневі теплообмінні апарати поділяються на наступні види:

• кожухотрубчасті апарати з нерухомими трубними решітками (ТН, ХН, ВН, КН);

• теплообмінні апарати з температурними компенса-торами (ТК, ХК, ВК);

• теплообмінні апарати з плаваючою головкою (ТП, ХП, КП);

• теплообмінники з U-подібними трубками (ТУ, ВУ);

• теплообмінники типу «труба в трубі».